弛张振荡器电路

最新推荐文章于 2024-11-29 14:29:31 发布

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分类专栏：基础电路设计文章标签：张弛振荡器

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1 简介

该振荡器电路以所选的频率生成方波。这是通过利用电阻器 R1 对电容器 C1 进行充电和放电来实现的。振荡频率由 R1 和 C1 的 RC 时间常数决定，阈值水平由 R2、R3 和 R4 电阻器网络设置。振荡器的最大频率受比较器切换速度和输出端电容负载的限制。该振荡器电路通常用作时间基准或监控器时钟源。

2 设计目标

2.1电源

$V_{cc}=10V$
$V_{ee}=0V$

2.2振荡器频率

$f=1MHz$

3 电路设计

根据设计目标，最终设计的电路结构和参数如下图：

注意事项：

在设计高速振荡器时，比较器切换速度和输出电容是关键考虑因素
选择的 C1 应足够大，以最大限度地降低杂散电容导致的误差
如果使用陶瓷电容器，请选择 COG 或 NPO 类型，以实现最佳的温度稳定性
为 R2、R3、R4 电阻器网络选择具有较低值的电阻器，以最大程度地减小杂散电容的影响
可以对 R2、R3 和 R4 进行调节，以生成 50% 以外的占空比

4 设计计算

当 R2 = R3 = R4 时，电阻器网络会将同相输入的振荡器跳闸点设置为电源的三分之一和三分之二
当输出为高电平时，上跳变点将设置为电源的三分之二，以使输出恢复至低电平

$V_{o}=V_{s}*(\frac{R_{3}}{(R_{2}||R_{4})+R_{3}})=\frac{2}{3}*V_{s}=3.33V$

当输出为低电平时，下跳变点将设置为电源的三分之一，以使输出恢复至高电平

$V_{o}=V_{s}*(\frac{R_{3}||R_{4}}{(R_{2}||R_{4})+R_{2}})=\frac{1}{3}*V_{s}=1.67V$

振荡的时序受电容器 C1（通过电阻器 R1）充电和放电速度的控制。该电容器可设置比较器反相输入的电压。计算电容器的放电时间

$V_{c}=V_{i}*e^{\frac{-1}{R1*C1}}=>\frac{1.67}{3.33}=e^{\frac{-1}{R1*C1}}=>t=0.69*R1*C1$

计算电容器的充电时间

$V_{i}=V_{c}*(1-e^{\frac{-1}{R1*C1}})=>1.67=3.33*(1-e^{\frac{-1}{R1*C1}})=>t=0.69*R1*C1$

0.69R1C1 给出了电容器的充电或放电时间。目标振荡器频率为 1MHz 时，充电或放电时间应为 500ns

$0.69*R1*C1=500ns=>R1*C1=724ns$

选择 C1 为 100pF，R1 为 6.8kΩ

5 电路仿真

时域仿真：

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